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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberEP0855684 A2
Publication typeApplication
Application numberEP19980250009
Publication date29 Jul 1998
Filing date12 Jan 1998
Priority date23 Jan 1997
Also published asDE19703709C1, EP0855684A3
Publication number1998250009, 98250009, 98250009.2, EP 0855684 A2, EP 0855684A2, EP-A2-0855684, EP0855684 A2, EP0855684A2, EP19980250009, EP98250009
InventorsGerd Dipl.-Ing. Junker, Axel Dr.-Ing. Kulgemeyer, Christian Dr-.Ing. Rasche
ApplicantMANNESMANN Aktiengesellschaft
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Espacenet, EP Register
Method for detecting the real-time condition of a container, especially of composite pressuriezed gas containers for vehicles
EP 0855684 A2
Abstract
The method involves detecting the actual or current condition as regards the aging of a container which is, in predetermined cycles, filled with a pressurised gas and emptied. According to the actual condition, the container undergoes a repeated official test. The amplitude of the pressure cycle i.e. the fill pressure minus the residual pressure before the next filling process is detected. Also the temperature cycles i.e. the max and min temperatures within a predetermined cycle is measured. By means of a suitable computer program the mechanical aging of the container is calculated from the measurements. Also above critical expansion in the circumferential and/or longitudinal direction of the container is detected and taken into account when determining the aging of the container.
Claims(5)  translated from German
  1. Verfahren zur Erfassung des Ist-Zustandes im Hinblick auf eine Alterung eines Behälters, insbesondere Composite-Druckgasbehälter für Fahrzeuge, der in bestimmten Zyklen mit einem unter Druck stehenden Gas befüllt und entleert und je nach Ist-Zustand einer wiederkehrenden amtlichen Bauteilprüfung unterzogen wird, A method for detection of the actual state with regard to the aging of a container, in particular composite pressure gas container for vehicles, which is subjected in certain cycles filled with a gas under pressure and emptied, and, depending on the actual state of a recurring official component testing,
    dadurch gekennzeichnet, characterized in
    daß zum einen die Amplitude der Druckzyklen, dh die Höhe des Befülldruckes minus dem Restdruck vor dem nächsten Befüllvorgang als auch die Temperaturzyklen, dh die Max.- und Min.-Temperaturen innerhalb eines vorgegebenen Zyklus meßtechnisch erfaßt und mittels eines geeigneten Rechenprogrammes daraus die wahre mechanische Alterung des Behälters berechnet wird, wobei zusätzlich überkritische Dehnungen in Umfangs- und / oder Längsrichtung dieses Behälters erfaßt und bei der Berechnung der wahren mechanischen Alterung mitberücksichtigt werden. that on the one hand, the amplitude of the pressure cycles, ie, the height of the filling pressure minus the residual pressure before the next filling and temperature cycles, ie, the maximum and minimum temperatures detected by measurement within a given cycle and by means of a suitable computing program from the true mechanical aging of the container is calculated, wherein in addition of critical strains are recorded in the circumferential and / or longitudinal direction of said container and included in the calculation of the true mechanical aging.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, The method of claim 1,
    dadurch gekennzeichnet, characterized in
    daß das im Fahrzeug bereits vorhandene Informations- und Auswertesystem für die Bewertung der anfallenden Meßdaten herangezogen wird und die Anzeige im Cockpit des Fahrzeuges erfolgt. that the pre-existing information and evaluation system is used for the evaluation of the resulting measurement data is carried in the vehicle and the display in the cockpit of the vehicle.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, The method of claim 1 or 2,
    dadurch gekennzeichnet, characterized in
    daß während der Befüllung mittels einer hygrometrischen Meßvorrichtung der Feuchtegehalt des zugeführten Gases bestimmt wird. that is determined during the filling by means of a hygrometric measuring the moisture content of the supplied gas.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, A method according to any one of claims 1-3,
    dadurch gekennzeichnet, characterized in
    daß während der Befüllung der einzelne Behälter einer Schallemissionsanalyse unterzogen wird und die vor Inbetriebnahme des Behälters erstellte Mutterkurve mit der bei der Messung anfallenden Kurve im Hinblick auf Frequenzbild, Amplitudenhöhe, Anzahl und Art der Schallereignisse in Abhängigkeit vom Druck verglichen wird. that an acoustic emission analysis is subjected during the filling of the individual containers and the parent curve created before commissioning of the container with the costs incurred by the measurement curve in terms of frequency image, amplitude, number and type of sound events is compared as a function of pressure.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, A method according to claim 4,
    dadurch gekennzeichnet, characterized in
    daß die Meßdaten der durchgeführten Schallemissionsanalyse an einen externen Rechner zur weiteren Datenaufbereitung weitergeleitet werden und bei Prüfung mehrerer gleichartiger Behälter jedem Meßdatensatz ein Identifikationssignal zur eindeutigen Zuordnung des Datensatzes sowie zum jeweiligen Behälter vorgeschaltet wird. that the measured data of the performed acoustic emission analysis will be redirected to an external computer for further data processing and examination of several similar containers each measuring record an identification signal is connected upstream for the unique assignment of the data set and for each container.
Description  translated from German

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Ist-Zustandes im Hinblick auf eine Alterung eines Behälters, insbesondere Composite-Druckgasbehälter für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method for the detection of the actual state with regard to the aging of a container, in particular composite pressure gas container for vehicles according to the preamble of claim 1.

Composite-Druckgasbehälter zeichnen sich gegenüber monolithischen Druckgasbehältern aus Stahl oder Aluminium durch ein wesentlich geringeres Gewicht aus. Composite gas cylinder are distinguished from monolithic gas cylinders made of steel or aluminum with a significantly lower weight. Die Gewichtsreduzierung resultiert aus der Substitution metallischer Wanddickenanteile der Kernbehälter durch spezifisch festere Faserverbundwerkstoffe. The weight reduction results from the substitution of metal wall thickness proportions of the core barrel by specific rigid fibrous composites. Je nach technischem Konzept - Umfangswicklung oder Vollumwicklung - Wahl des Linerwerkstoffes - Stahl, Aluminium und deren Legierung, oder Kunststoff - und des Faserverbundwerkstoffes können Gewichtsreduzierungen von bis zu 80 % realisiert werden. Depending on the technical concept - Scope winding or Vollumwicklung - choice of liner material - steel, aluminum and its alloy or plastic - and the fiber composite weight reductions of up to 80% can be realized.

Die geringe Masse der Behälter führt zwangsläufig zu vielen Anwendungen, in denen das geringere Gewicht von entscheidender Bedeutung ist. The low mass of the container inevitably leads to many applications in which is the lower weight of crucial importance. Diese Anwendungen können z. B. der Gasetransport auf Trailern oder die Speichereinheit in gasbetriebenen Fahrzeugen etc. sein. These applications can be etc. z. B. Transport of gases on trailers or memory unit in gas-powered vehicles. In diesen Fahrzeugen sind die Composite-Druckgasbehälter fest montiert und untereinander bzw. mit einer Sammelleitung verrohrt. In these vehicles, the composite pressure gas containers are firmly mounted and piped to each other or to a manifold. Die Einzelkomponenten sind in der Regel erstmalig geprüft. The individual components are tested for the first time in general. Am Gesamtsystem wird vor der Inbetriebnahme eine Dichtheitsprüfung durchgeführt. The overall system, a leak test is performed prior to commissioning.

Die beispielsweise nach TRG 765 (Richtlinie für die wiederkehrende Prüfung von Druckgasen durch den Sachverständigen) vorgeschriebene wiederkehrende Prüfung bedeutet für den Betreiber einen hohen Prüfaufwand. For example, by TRG 765 (Directive for the periodic inspection of pressurized gases by an expert) prescribed periodic inspection means high testing costs for the operator. Weitaus höhere Kosten erzeugen allerdings die Stillstandzeiten der Fahrzeuge. However, higher costs generate the downtime of the vehicles. Eine Variante zwecks Reduzierung der Stillstandzeiten wäre die Bereitstellung von bereits geprüften Ersatzsystemen im Austausch. A variant in order to reduce the downtime would be to provide an audited replacement systems in exchange. Problematisch sind hier allerdings die zum Teil zahlreichen Speichertypen, die ein Austauschverfahren aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht effektiv erscheinen lassen. The problem here, however, the part number of memory types that do not allow an exchange process from an economic point appear effective. Es wäre deshalb wünschenswert, in bestimmten Zeitabständen den Ist-Zustand des Behälters abfragen zu können, um dadurch den Umfang der wiederkehrenden Prüfungen reduzieren oder den Zeitpunkt der Durchführung weiter hinausschieben zu können. It would therefore be desirable in certain time intervals can query the current state of the container, thereby reducing or may postpone the date of implementation further the scope of periodic inspections. Unbefriedigend ist in jedem Fall die Festlegung starrer zeitlicher Zyklen zur Durchführung der wiederkehrenden Prüfung ohne die tatsächliche aufgetretene Belastung mitzuberücksichtigen. Unsatisfactory mitzuberücksichtigen in any case be rigid temporal cycles to perform the periodic inspection without the actual load occurred.

Aus der GB 2103801 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch Messung des Druckes und der Temperatur des geförderten Fluids die zu erwartende Lebensdauer einer das Fluid fördernden Rohrleitung ermittelt wird. From GB 2103801 A is known a method, it is determined in which, by measuring the pressure and temperature of the produced fluid, the expected life of a fluid conveying pipeline. Die Messung erfolgt in bestimmten Zeitabständen an mehreren Stellen entlang der Leitung. The measurement is performed at certain time intervals at multiple locations along the conduit. Erfaßt wird der aktuelle Druck bei Förderung des Fluids, der in eine Umfangsspannung umgerechnet wird und mittels dieses Meßwertes ein Parameter in einem Tabellenwerk abgegriffen wird. Is detected, the current pressure for conveying the fluid, which is converted into a hoop stress and using this measured value, a parameter is tapped in a table work. Der Parameter wird zusammen mit der aktuell gemessenen Temperatur und einer Konstanten in eine Gleichung eingesetzt und daraus die zu erwartende Lebensdauer ermittelt. The parameter is used together with the actual measured temperature and a constant used in an equation and to calculate the expected lifetime. Da die Gleichung von Annahmen ausgeht, die nur teilweise ermittelbar und meßbar sind, kann der errechnete Wert nur eine Abschätzung sein. Since the equation of assumptions proceeds that are only partially determined and measured, the calculated value can only be an estimate. Für eine akute Schadensfallvorhersage ist diese Methode nicht geeignet. For an acute case of damage prediction method is not suitable. Außerdem werden die Druckzyklen nicht berücksichtigt und zusätzlich auftretende überkritische Dehnungen werden nicht erfaßt. In addition, the pressure cycles are not taken into account and additionally occurring on critical strains are not detected.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erfassung des IST-Zustandes eines Behälters, insbesondere eines Composite-Druckgasbehälters zu entwickeln, um den Umfang der wiederkehrenden Prüfung zu reduzieren oder die Festlegung des Zeitpunktes der Durchführung von den tatsächlichen Belastungen abhängig zu machen. Object of the present invention is to provide a method for detection of the actual state of a container, especially a composite pressure gas tank to reduce the amount of the periodic inspection or to make the determination of the timing of the implementation of the actual stress dependent.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. This problem is solved with the features of claim 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen. Advantageous further developments are part of the dependent claims.

Beim Life-Time-Monitoring werden die Amplituden der Druckzyklen, also die Höhe des Befüllungsdruckes sowie der Betriebsüberdruck des Behälters unmittelbar vor dem nächsten Befüllungsvorgang wie auch die Temperaturzyklen -max. When life-time monitoring the amplitudes of pressure cycles, so the height of the filling pressure and the operating pressure of the container -max immediately before the next filling process as well as the temperature cycles. und min. and min. Temperatur beispielsweise innerhalb von 24 h-Zyklen - z. B. in einem Datenlogger erfaßt. Temperature, for example, within 24 h cycles - eg detected in a data logger.. Ggf. If necessary, kann die im Fahrzeug integrierte Elektronik, wie z. B. das in Kommunalbussen häufig vorzufindende "IBIS" ( I ntegriertes B us I nformations s ystem), dazu herangezogen werden. the integrated in-vehicle electronics such. as the often found on such in municipal buses "IBIS" (I ntegriertes B us I nformation s ystem), are used to it. Eine Auswertung dieser Daten erfolgt mit Hilfe einer in der genannten Elektronik integrierten Software. An analysis of these data takes place by means of an integrated in said electronic software. Diese Software beinhaltet die Berechnung der aktuellen wahren mechanischen Alterung der Druckgasbehälter beispielsweise nach AD-Merkblatt S2 oder anderen geeigneten Berechnungsmethoden der Ermüdungsfestigkeit. This software includes the calculation of the current real mechanical aging of compressed gas containers, for example, AD- data sheet S2 or other suitable methods of calculation of the fatigue strength. Darüber hinaus werden die thermisch induzierten Spannungen in den einzelnen Werkstoffkomponenten in der "On-Line" durchgeführten Festigkeitsanalyse mit berücksichtigt. In addition, the thermally induced stresses in the individual material components in the "On-Line" performed strength analysis are considered. Betriebstemperaturüberschreitungen und -unterschreitungen können ebenfalls dokumentiert und bewertet werden. Operating temperature and under-can also be documented and evaluated. Eine unzulässige Betriebstemperatur ist auch dann für einen Schadensfall von Bedeutung, wenn die am Behälter angebrachten Sicherheitssysteme wie Berstscheibe oder Schmelzlot infolge einer unzulässig hohen Betriebstemperatur aktiv werden. An impermissible operating temperature is also for a claim of importance when fitted to the tank safety systems such as rupture disc or fusible due to an excessively high operating temperature are active.

Bei Überschreiten einer von einer Sachverständigenorganisation festgelegten mechanischen Alterung wird die Notwendigkeit der wiederkehrenden Prüfung im Cockpit des Fahrzeuges signalisiert. In a manner determined by an expert organization mechanical aging exceeded the need for periodic inspection in the cockpit of the vehicle is signaled. Dieses hat den Vorteil, daß die wiederkehrende Prüfung nicht, entsprechend einem Querverweis in der TRG 765 auf die TRG Reihe 100 (allgemeine Bestimmungen für Druckgase), nach einer bestimmten Betriebszeit durchgeführt werden muß, sondern auf Basis der berechneten wahren Alterung und damit eine technisch sinnvollere Lösung darstellt. This has the advantage that the periodic inspection not, according to a cross-reference in the TRG 765 on the TRG series 100 (general provisions for compressed gases), after a certain period of operation must be carried out, but on the basis of the calculated true aging and thus technically meaningful represents solution. Die Festlegung der wahren Alterung, nach der eine wiederkehrende Prüfung durchzuführen ist, kann relativ einfach mit der üblichen wiederkehrenden Prüffrist und ausgelegter Lebensdauer, in der Regel 20 Jahre berechnet werden. The determination of the true aging, after a periodic inspection shall be carried out, can be relatively easily with the normal recurring inspection period and is laid out life, are generally calculated 20 years. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, daß jeder Behälter entsprechend seiner wahren Betriebsbeanspruchung geprüft wird. This option has the advantage that each container is tested according to its true operating stress. Oft gefüllte Behälter werden demzufolge in kürzeren Fristen geprüft. Often filled containers are therefore checked in shorter periods. Kaum beanspruchte Behälter werden entsprechend längere Prüffristen haben. Hardly claimed container will have correspondingly longer inspection intervals. Im Fall langer statischer Innendruckbeanspruchung kann ggf. ein weiterer Abminderungsfaktor zwecks Berücksichtigung der Zeitstandbeanspruchung für Liner und Faserverbundwerkstoff eingeführt werden. In the case of long static internal pressure loading a further reduction factor may possibly be introduced for liner and composite fiber material to take account of the creep strain.

Mit einer zusätzlichen Sensorik werden ggf. überkritische Dehnungen erfaßt und unmittelbar im Cockpit angezeigt. With an additional sensors on critical strains are possibly detected and displayed immediately in the cockpit. Diese Sensoren, die wiederum mit der genannten Elektronik im Cockpit der Fahrzeuge gekoppelt sind, können spezielle Dehnungsmeßstreifen oder elektrisch leitende Elemente wie z. B. einzelne Kohlenstoffasern oder andere elektrische Leiter sein. These sensors which are in turn coupled to said electronics in the cockpit of the vehicle, special strain gauges or electrically conductive elements, such. As individual carbon or other electrical conductors may be. Im Fall eines jeden individuellen Behälter-Designs zu definierenden überkritischen Dehnung in Umfangs- oder Längsrichtung des Behälters, wird diese durch die Sensorik oder durch die Dehnungsmeßstreifen erfaßt und unmittelbar im Cockpit angezeigt. In the case of each individual container designs to be defined on critical strain in the circumferential or the longitudinal direction of the container, this is detected by the sensors or by the strain gauges and immediately displayed in the cockpit. Zusätzlich kann im Leitungssystem der Gasspeichereinheit oder in dem Ventil bzw. Stopfen des Composite-Druckgasbehälters eine hygrometische Meßvorrichtung zwecks Bestimmung der Taupunkttemperatur vorgesehen werden. In addition, it can be provided for the purpose of determining the dew point temperature in the conduction system of the gas storage unit or in the valve or plug the composite gas cylinder hygrometische a measuring device. Aufgrund der Qualität bzw. des Feuchtegehaltes des zugeführten Gases können dann Rückschlüsse über die Beschaffenheit der Innenoberfläche der Behälter gezogen werden. Due to the quality or the moisture content of the supplied gas then draw conclusions about the nature of the inner surface of the container can be drawn. Im Fall einer Füllung mit feuchtem Gas mit der Folge von Korrosion an der Innenoberfläche der Liner durch Kondensatabscheidung würde dies sofort von der Meßvorrichtung angezeigt. In the case of filling with moist gas with the result of corrosion on the inner surface of the liner by condensate separation, this would appear immediately by the measuring device. Alternativ kann für die Taupunktbestimmung bei der wiederkehrenden Prüfung lediglich eine Vorrichtung konstruktiv in der Gasspeichereinheit oder an den Behältern vorgesehen werden, um die Taupunktbestimmung lediglich bei der wiederkehrenden Prüfung durchführen zu können. Alternatively, only one device can be provided constructive in the gas storage unit or to the containers for the dew point for the periodic inspection in order to perform the dew point only for the periodic inspection can.

Mit den beschriebenen Methoden ist eine On-line Überwachung möglich, mit der die wiederkehrende Prüfung vereinfacht und / oder gegenüber den üblichen wiederkehrenden Prüffristen zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden kann. The methods described an on-line monitoring is possible with the simplified periodic inspection and / or can be carried out with respect to the normal recurring inspection intervals at a later date.

Für eine genauere Untersuchung der Gasspeichereinheit kann zusätzlich die Schallemissionsanalyse (SEA) während der Befüllung der Druckgasbehälter auf dem Fahrzeug durchgeführt werden. For a more detailed analysis of the gas storage unit, acoustic emission analysis (SEA) can also be performed on the vehicle while filling the pressure vessel.

Mit der SEA ist es möglich, Rißbildungen und Rißwachstum sowie plastische Verformungen im Liner und Faserverbundwerkstoff zu detektieren und bei entsprechendem Aufwand zu lokalisieren. With the SEA, it is possible to detect cracks and crack growth as well as plastic deformation in the liner and fiber composite material and to locate with a corresponding expense. Gegenüber der konventionellen Flüssigkeitsdruckprobe liegt damit ein mehr als vergleichbares Verfahren vor, da mit der Flüssigkeitsdruckprobe lediglich die Dichtheit bei Prüfdruck und ggf. eine größere plastische Verformung in einem monolithischen Stahl-Behälter nachgewiesen werden kann. Compared with the conventional hydraulic pressure test is ahead more than a comparable method, since the hydraulic pressure test only the tightness at test pressure and possibly a greater plastic deformation can be detected in a monolithic steel container.

Für die Durchführung der SEA ist die Kenntnis der Befüllungszyklen von entscheidender Bedeutung, da der Gasdruck für die Prüfung deutlich über dem Befüllungsdruck liegen muß, um eine Schädigung nachweisen zu können. For the implementation of the SEA is the knowledge of filling cycles is of crucial importance, since the gas pressure in the test shall be well above the inflation pressure to demonstrate injury can.

Die während der Befüllung gemessene Schallemission wird mit der sogenannten Mutterkurve -Charakteristisches Frequenzbild, Amplitudenhöhe, Anzahl und Art der Schallereignisse in Abhängigkeit vom Druck für individuellen Behältertyp bzw. Bauweise - verglichen. The measured during filling sound emission is the so-called parent curve -Charakteristisches frequency image, amplitude, number and type of sound events as a function of pressure for individual container type or design - compared. Im Fall einer guten Prüfung werden die Daten zwecks Schaffung von Speicherkapazität sofort wieder gelöscht. In the case of a good test, the data will be deleted immediately in order to create storage space. Im Fall einer schlechten Prüfung bleiben die Daten gespeichert und die schlechte Prüfung wird angezeigt. In the case of a bad check, the data will be stored and the bad check is displayed.

Eine Alternative besteht darin, während der Befüllung neben dem Hochdruckschlauch ein weiteres Kabel in der Tankklappe zusätzlich anzuschließen, um die Daten der SEA an einen externen Rechner weiterzuleiten. An alternative is, during the filling in addition to the high pressure hose another cable in the fuel filler flap also be connected to relay the data of the SEA to an external computer. Bei dieser Variante ist allerdings dafür Sorge zu tragen, daß die Daten mit Hilfe eines vorgeschalteten Identifikationssignals eindeutig dem jeweiligen Fahrzeug zugeordnet werden kann. In this variant, however, care must be taken that the data can be clearly assigned to the respective vehicle with the help of an upstream identification signal. Desweiteren müssen im Fall mehrerer Gastankstellen / Betriebshöfe die einzelnen Rechner untereinander verknüpft sein, um die vollständige Aufbereitung aller Daten sicherzustellen. Furthermore, the individual computers must be linked to each other in the case of several gas stations / depots to ensure the complete processing of all data.

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International ClassificationG07C3/00, B60K15/03, G01N3/12
Cooperative ClassificationG07C3/00, B60K15/03006, G01N3/12, G01N2203/0224
European ClassificationG01N3/12, G07C3/00
Legal Events
DateCodeEventDescription
29 Jul 1998AXRequest for extension of the european patent to
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI
29 Jul 1998AKDesignated contracting states:
Kind code of ref document: A2
Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE
23 Aug 2000AXRequest for extension of the european patent to
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI
23 Aug 2000AKDesignated contracting states:
Kind code of ref document: A3
Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE
27 Sep 200017PRequest for examination filed
Effective date: 20000727
9 May 2001AKXPayment of designation fees
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3 Apr 200217QFirst examination report
Effective date: 20020219
19 Jun 2002RAP1Transfer of rights of an ep published application
Owner name: MCS CYLINDER SYSTEMS GMBH
9 Feb 200518RRefused
Effective date: 20041207